一種聚氨酯保溫材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及保溫材料，尤其涉及一種聚氨酯保溫材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源日益緊缺和環(huán)保壓力的不斷增大，世界各國(guó)都開(kāi)始力推開(kāi)發(fā)可再生能 源，其中太陽(yáng)能為利用和開(kāi)發(fā)最廣、發(fā)展前景最好的可再生能源，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各 業(yè)，太陽(yáng)能熱水器行業(yè)就是其中之一。我國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能利用前景廣 闊，目前已是世界上太陽(yáng)能熱水器的第一使用國(guó)和生產(chǎn)國(guó)。
[0003] 眾所周知，對(duì)太陽(yáng)能熱水器來(lái)說(shuō)，水箱保溫材料的選擇是至關(guān)重要的，目前能用作 水箱的保溫材料主要有聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、超細(xì)纖維等。聚氨酯泡沫是由異氰酸酯與聚 醚組合物混合澆注至模具或水箱空腔內(nèi)發(fā)泡制得，其中聚醚組合物含有聚醚多元醇、發(fā)泡 劑、催化劑、固化劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑等，由于聚氨酯泡沫具有成型工藝簡(jiǎn)單、導(dǎo)熱系數(shù)低等 優(yōu)勢(shì)，是水箱主要采用的保溫材料。
[0004] 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中含有醇羥基，可以替代部分多元醇與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)制備聚氨酯 硬泡，但由于羥基含量較低，導(dǎo)致其活性較低，限制了其應(yīng)用；另外，在制備聚氨酯泡沫的過(guò) 程中，木質(zhì)素常以大分子顆粒形式分散在多元醇當(dāng)中，導(dǎo)致反應(yīng)性能的下降以及泡孔的不 均勻，于是要想在聚氨酯中大量使用木質(zhì)素，就必須解決好木質(zhì)素的溶解問(wèn)題。
[0005] 植物油的主要分子組成為三?；视王?，還有少量游離脂肪酸和部分甘油酯、 0.1-0.5%的磷脂、生育酚和維生素 E。一般來(lái)說(shuō)，植物油中的油酸含量越高，亞油酸和亞麻酸 含量越低，其氧化穩(wěn)定性越好。植物油分子中含有大量的碳碳雙鍵，植物油的氧化機(jī)理主要 表現(xiàn)為活潑的烯丙基反應(yīng)，這正是其氧化穩(wěn)定性差的主要原因。植物油大部分由穩(wěn)定原料 得到，因此是一種合算的聚氨酯原料，缺點(diǎn)是它缺乏與異氰酸酯反應(yīng)所必需的活潑氫，故需 要對(duì)植物油進(jìn)行改性。
[0006] 聚氨酯硬泡沫在生產(chǎn)過(guò)程中，因其本身特性、生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)工人操作技能等 各方面的原因，普遍存在泡沫收縮的問(wèn)題，容易導(dǎo)致泡沫與外殼部分脫落或全部脫落，最終 導(dǎo)致外殼變形，真空管口泡沫開(kāi)裂，更有甚者，內(nèi)膽和外殼之間的聚氨酯硬泡沫橫向或縱向 開(kāi)裂，大大地降低了水箱的保溫效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種聚氨酯保溫材料。該聚氨 酯保溫材料擁有更優(yōu)良的抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能，同時(shí)克服了發(fā)泡成型后收縮性 大的缺點(diǎn)，避免水箱變形、起鼓起楞甚至開(kāi)裂的現(xiàn)象，并保證了熱水器水箱的保溫性能。
[0008] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種聚氨酯保溫材料，所述保溫材料由以下重量分?jǐn)?shù)的原料混合發(fā)泡而得：1，6_己二 異氰酸酯70~100份，聚醚多元醇140~80份，聚醚多元醇Π 10~30份，膨脹蛭石3~6份，納米二 氧化娃5~8份，發(fā)泡劑10~20份，二乙醇單異丙醇胺1~5份，泡沫穩(wěn)定劑1~5份;所述聚醚多元 醇I為木質(zhì)素聚醚多元醇，所述聚醚多元醇Π 為由改性葵花籽油為起始劑、環(huán)氧丙烷為聚合 單體聚合而成的聚醚多元醇。
[0009] 進(jìn)一步地，所述膨脹蛭石的粒徑為40~70目。
[0010] 進(jìn)一步地，所述納米二氧化娃為二氧化娃納米線或空心介孔二氧化娃納米球。 [0011]進(jìn)一步地，所述發(fā)泡劑為一氟二氯己烷、三氯一氟甲烷、二氟二氯甲烷、一氯二氟 乙烷及二氯氟乙烷中的一種或幾種。
[0012] 進(jìn)一步地，所述泡沫穩(wěn)定劑為有機(jī)娃類(lèi)泡沫穩(wěn)定劑。
[0013] 進(jìn)一步地，所述聚醚多元醇I的官能度為4.5~5.0，其羥值為370~410mgK0H/g，其按 照以下重量份數(shù)的原料和方法制成： (1) 稱取木質(zhì)素50~100份，水30~50份，木質(zhì)素過(guò)氧化物酶1~5份，過(guò)氧化氫酶1~3份，咲 喃乙醛1~10份及糠醇3~10份于反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為80°C，攪拌反應(yīng)5小時(shí)，得到酶解改性 木質(zhì)素； (2) 將酶解改性木質(zhì)素100份、丙三醇250~350份、二甘醇100~300份及Pd-Fe催化劑0.01 ~0.05份混合于反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為120°C，由反應(yīng)器底部通氮?dú)夤呐莘磻?yīng)，然后抽真 空，添加環(huán)氧丙烷2~10份，常壓密閉反應(yīng)2小時(shí)，得到所述聚醚多元醇I。
[0014] 進(jìn)一步地，所述聚醚多元醇Π 的官能度為5.0~6.0，其羥值為360~430mgK0H/g，其 按照以下重量份數(shù)的原料和方法制成： (1) 稱取乙二醇20~50份及氯化鎂1~5份到100~300份葵花籽油中，控制反應(yīng)溫度為120 °C，反應(yīng)3小時(shí)，得到改性葵花籽油； (2) 將改性葵花籽油100份及Pd-Fe催化劑0.05~1.0份混合于反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度 為150°C，由反應(yīng)器底部通氮?dú)夤呐莘磻?yīng)，然后抽真空，添加環(huán)氧丙烷2~10份，常壓密閉反應(yīng) 2小時(shí)，得到所述聚醚多元醇Π 。
[0015] 更進(jìn)一步地，所述有機(jī)硅類(lèi)泡沫穩(wěn)定劑為3-[聚乙二醇單甲基醚]丙基三烷氧基硅 烷或3-[聚（乙二醇-共聚-丙二醇)單甲基醚]丙基三烷氧基硅烷。
[0016] 本發(fā)明采用木質(zhì)素聚醚多元醇與1，6-己二異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)制備聚氨酯硬泡，增 加聚氨酯硬泡保溫材料的強(qiáng)度。在體系中，木質(zhì)素的羥基可與1，6_己二異氰酸酯反應(yīng)，得 到木質(zhì)素基聚氨酯。木質(zhì)素是具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的、含有苯環(huán)等剛硬基團(tuán)的高分子化合物，在聚 氨酯硬泡中可以增加泡沫的強(qiáng)度。故，相對(duì)于由普通聚醚多元醇制備的硬泡(聚醚多元醇在 其中充當(dāng)軟段），這種木質(zhì)素基聚氨酯泡沫材料在拉伸強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等方面表現(xiàn)更好。
[0017] 本發(fā)明部分采用改性葵花籽油為起始劑、環(huán)氧丙烷為聚合單體聚合而成的聚醚多 元醇，葵花籽油結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性后，可在分子鏈上引入大量的羥基，制備得到的聚醚多元醇官 能度高，羥值高;其在體系中可與1，6-己二異氰酸酯充分均勻反應(yīng)，且促進(jìn)其它助劑在反應(yīng) 物中的均勻混合分散，生成分布均勻細(xì)密的泡孔，減少泡沫成型后的收縮率;同時(shí)因改性葵 花籽油為可再生資源，從而間接的減少了石油衍生物的使用，減少了對(duì)石油資源的依賴，能 夠作為新型泡沫的原料。
[0018] 膨脹蛭石是一種層狀結(jié)構(gòu)的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，原礦外似云母，其 為由生蛭石片經(jīng)過(guò)高溫焙燒后，其體積能迅速膨脹數(shù)倍至數(shù)十倍后得到的蛭石。膨化后的 蛭石呈顆粒狀，有隔熱、耐凍、抗菌、防火、吸聲等優(yōu)異性能，本發(fā)明采用的是粒徑為40~70目 的膨脹蛭石，膨脹蛭石可適當(dāng)?shù)脑黾泳郯滨ビ才菽拈_(kāi)孔率，并能延緩發(fā)泡凝膠和固化速 度，防止泡沫因短時(shí)間內(nèi)積聚力量大而容易擠壓內(nèi)膽和外壁，減少"不良泡沫"的產(chǎn)生，同時(shí) 減少泡沫成型后的收縮率。
[0019] 納米二氧化硅是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，其具有比表面積大，表面吸附 力強(qiáng)，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻等特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和 觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。本文采用的納米二氧化硅為 二氧化娃納米線或空心介孔二氧化娃納米球，發(fā)泡原料混合后，納米二氧化娃會(huì)分布在泡 孔壁、泡沫材料的骨架中，起到增強(qiáng)孔壁和泡沫剛度的作用，且不會(huì)影響泡孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)摻 雜納米二氧化硅還會(huì)提高聚氨酯保溫材料的強(qiáng)度。
[0020] 本發(fā)明采用的機(jī)硅類(lèi)泡沫穩(wěn)定劑為3-[聚乙二醇單甲基醚]丙基三烷氧基硅烷或 3-[聚（乙二醇-共聚-丙二醇)單甲基醚]丙基三烷氧基硅烷，其能降低聚氨酯原料混合物的 表面張力，在泡沫升起至熟化期間，通過(guò)表面張力防止泡沫的熱力學(xué)非穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)的物質(zhì)。
[0021] 本發(fā)明聚氨酯硬泡配方原料混合噴射后，可以使泡沫形成球狀或橢圓球狀且分布 均勻細(xì)密的泡孔，發(fā)泡材料保溫性能穩(wěn)定，并增加泡孔壁的強(qiáng)度，減少泡沫成型時(shí)因內(nèi)外壓 差出現(xiàn)的材料壓縮現(xiàn)象，同時(shí)適當(dāng)增加泡沫的開(kāi)孔率，減少泡沫成型后的收縮率。
[0022] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是： (1)本發(fā)明在發(fā)泡配方中采用木質(zhì)素聚醚多元醇，制得的木質(zhì)素基硬泡材料與傳統(tǒng)方 法所制備的泡沫材料相比，具有更優(yōu)良的抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。
[0023] (2)本發(fā)明聚氨酯保溫材料與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了具備普通聚氨酯泡沫材料高保 溫性能外，還減少了因其本身特性、生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)工人操作技能等各方面原因造成的 泡沫收縮問(wèn)題，避免水箱變形、起鼓起楞甚至開(kāi)裂的現(xiàn)象。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0025] 本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可 被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列 等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。
[0026] 實(shí)施例1 先制備聚醚多元醇I，過(guò)程如下： (1) 稱取木質(zhì)素80g，水40g，木質(zhì)素過(guò)氧化物酶5g，過(guò)氧化氫酶Ig，咲喃乙醛Ig及糠醇5g 于反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為80°C，攪拌反應(yīng)5小時(shí)，得到酶解改性木質(zhì)素； (2) 將酶解改性木質(zhì)素100g、丙三醇300g、二甘醇200g及Pd-Fe催化劑0.03g混合于反應(yīng) 器中，控制反應(yīng)溫度為120°C，由反應(yīng)器底部通氮?dú)夤呐莘磻?yīng)，然后抽真空，添加環(huán)氧丙烷 8g，常壓密閉反應(yīng)2小時(shí)，得到官能度為4.6，羥值為40〇11^1(0!1/^的所述聚醚多元醇1。
[0027] 再制備聚醚多元醇Π ，過(guò)程如下： (1) 稱取乙二醇40g及氯化鎂3g到200g葵花籽油中，控制反應(yīng)溫度為120°C，反應(yīng)3小時(shí)， 得到改性葵花籽油； (2) 將改性葵花籽油100g及Pd-Fe催化劑0.08g混合于反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為150